Questo lavoro è stato supportato dalla ricerca fondamentale Shenzhen finanziamenti (Grant No. JCYJ 20150630170146829, JCYJ20160531195439665 e JCYJ20160317152359560). Gli autori vorrei ringraziare la Prof. ssa Y. Chen alla Shenzhen istituti di tecnologia avanzata, Accademia cinese delle scienze per supporti.

1. stampo fabbricazione
<ol><li>Progettare due maschere fotografiche utilizzando un software di disegno. Descrivono il contorno della struttura microchannel e utilizza due strati separati per maschera 1 e 2 nello stesso file di disegno, così verificare tutte le connessioni tra i diversi canali. Stampare diversi strati in modo indipendente per cromo piastra sul vetro di un fornitore con risoluzione di 1 µm. Garantire che le fotomaschere sono scure con strutture progettate trasparente, come una polarità negativa. Nota: La maschera 1 contiene il canale di ingresso di fase dispersa e un orifizio. La maschera 2 contiene il canale di ingresso di fase continua, il filtro e la presa.</li>
	<li>Nel laboratorio di fotolitografia designato, pulire un wafer di silicio del diametro di 3 pollici. Posizionare la cialda su una macchina a rotazione, applicare il vuoto di apporre la cialda sul mandrino di rotazione. Spin-cappotto 2-3 mL di SU-8 2025 photoresist negativo su wafer per 10 s a 1.000 giri/min, quindi 30 s a 3.000 giri/min, fornendo lo spessore di strato primo di 20 µm.</li>
	<li>Morbido cuocere su una piastra di 95 ° C per 6 min. Dopo il wafer rivestito si raffredda a temperatura ambiente (TA), esporlo tramite la maschera 1 sotto una luce collimata 15 mW/cm2, 365 nm di UV per 18 s. post-esposizione, cuocere su una piastra di 95 ° C per 6 minuti, poi lasciare la cialda raffreddare a RT.</li>
	<li>Ripetere il processo di rivestimento per rotazione. Applicare 2-3 mL di SU-8 2100 photoresist negativo su wafer per 10 s a 1.000 giri/min, quindi 30 s a 2.000 giri/min, fornendo il secondo spessore di strato di 130 µm. Dopo morbido cuocere su una piastra di 95 ° C per 35 min, sistemare la maschera 2 sul secondo photoresist strato per esporre per 30 s, che è stato stato allineato con il livello del canale di fase dispersa da un allineatore UV. Post-esposizione, cuocere su una piastra di 95 ° C per 7 min.</li>
	<li>Sviluppare il wafer mediante immersione in un bagno agitato di 50 mL di acetato di etere di metile glicole propilenico fino a caratteristiche diventano chiare sul wafer, quindi lavano con alcol etilico. Infine, è possibile posizionare la cialda sulla piattaforma termostatica per cuocere per 2 h.</li>
</ol>2. semi-3D flusso-messa a fuoco Microfluidic Chip Fabrication
<ol><li>Monomero di mix PDMS e suo agente indurente in un rapporto di peso leggermente diverso per la parte superiore e gli strati inferiori, in genere 10:1 per lo strato superiore e 8:1 per lo strato inferiore, mediante agitatore automatico unguento per 4 min. Nota: Le lastre PDMS superiore e inferiore sono preparate in un rapporto leggermente diverso (10:1 e 8:1 rispettivamente) di PDMS base per agente indurente, migliorando la forza di legame. Quando il rapporto 5:1 è scelto per lo strato inferiore, la lastra PDMS inferiore più rigida rende difficile l'allineamento e riduce la forza di incollaggio dovuta alla mancanza di flessibilità. Inoltre, lo spessore della lastra inferiore PDMS è di circa 1 mm per adattare la distanza di lavoro del microscopio. Il chip si deforma facilmente sotto alta pressione quando viene scelto il rapporto di 15:1.</li>
	<li>Versare il composto nello stampo silicone completato in una capsula di petri di 90 mm e fornire uno spessore di 2 ~ 3 mm. è posto in una camera a vuoto e degassare fino a far scomparire tutte le bolle d'aria. Curare a 80 ° C per 1 h in un forno.</li>
	<li>Consentire il PDMS raffreddare a RT. uso un bisturi per tagliare il dispositivo almeno 3 mm dalla funzionalità e lentamente staccare lo strato PDMS da wafer di silicio. Un pugno l'ingresso di fase dispersa, l'insenatura di fase continua e l'uscita nello strato superiore PDMS usando un punzone di diametro 0,75 mm.</li>
	<li>Pulire il PDMS con nastro adesivo per rimuovere le particelle di polvere. Al plasma trattare sia in alto e in basso strati PDMS contemporaneamente per 2 min in un plasma W 300 pulitore. Posizionare lo strato superiore sulla superficie di livello inferiore e spingere le superfici relativamente finché caratteristiche sono allineati visualizzazione attraverso un microscopio stereo.</li>
	<li>Curare il dispositivo in un forno a 120 ° C per un giorno aumentare la forza e completare incollaggio.</li>
</ol>3. reagenti preparazione
<ol><li>Preparare la soluzione di fase continua: esadecano sciogliendo 18 vol % tensioattivo non ionico a base di silicone.</li>
	<li>Preparare la soluzione della fase dispersa: idrofilo poli (glicol etilenico) diacrilato (PEGDA, 255 MW,) contenente 2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone (98%, 224 MW) ad una concentrazione di 5 mg/mL come foto-iniziatore e Rodamina B ( 95%, 479.01 MW) ad una concentrazione di 1 mmol/L come le tinture fluorescenti.</li>
	<li>Riempire i serbatoi di 1 mL di regolatore di pressione pneumatico con la fase continua. Riempire la punta di caricamento di gel 200 µ l con la fase dispersa.</li>
</ol>4. sistema preparazione
<ol><li>Posizionare il dispositivo microfluidico semi-3D sul palco di un microscopio ottico invertito, visualizzazione con una telecamera ad alta velocità.</li>
	<li>Collegare il tubo di gas fluorurati etilene propilene (FEP) per il foro perforato della fase continua inserendo un corto tubo di acciaio inox, quindi inserire l'estremità di una punta di caricamento del gel il foro perforato della fase dispersa. Inserire una lunghezza di 20 cm di Tubo FEP alla presa nel dispositivo e posizionare l'estremità in una provetta da centrifuga 15 mL. Nota: La configurazione del sistema è illustrata nella Figura 1.</li>
</ol>5. formazione di goccioline
<ol><li>Collocare il dispositivo sul banco di lavoro di un microscopio invertito e assicurarsi che la giunzione dei diversi canali si trova approssimativamente nella posizione della sorgente luminosa del microscopio. Fuoco il microscopio invertito su un'area che contiene l'intersezione di due fasi, la regione dell'orifizio e il canale a valle.</li>
	<li>Impostare pressioni su due fasi utilizzando controller di pressione pneumatica per fornire fluido lentamente per la regione che si intersecano, con 15 mbar per la fase dispersa e 30 mbar per la fase continua. Attendere 3 minuti per la stabilizzazione e l'equilibratura fino stabile flusso del fluido che trasportano senza bolle e residui PDMS.</li>
	<li>I parametri nell'interfaccia utente del software di controllo di input. Impostare la pressione della fase dispersa come la pressione di base a livello del sistema a una costante, ad esempio, mantenerlo a 45 mbar. Aumentare la pressione della fase continua finché non viene modificata la modalità di rottura di emulsione da getto per la modalità di suggerimento-streaming, quindi attendere 5 min per la stabilizzazione.</li>
	<li>Posizionare l'estremità del tubo di FEP collegare il foro di uscita per la provetta da centrifuga per raccogliere le gocce.</li>
</ol>6. PEGDA particelle collezione e caratterizzazione
<ol><li>Fissare il tubo da centrifuga sbieco dello staffaggio. Quando il flusso di fase liquida al tubo per ottenere le particelle PEGDA attraverso la solidificazione rapida esposizione ai raggi UV.</li>
	<li>Quando terminato il processo di raccolta, gustare e osservare le particelle PEGDA attraverso il microscopio a fluorescenza con X 20 o 60 X oggetti rispettivamente. Nota. Le immagini fluorescenti digitale catturate dalla fotocamera vengono analizzati da una routine di software su misura. L'immagine è primo deconvoluzione basato sul R-L algoritmo17 per eliminare l'effetto sfocatura della luce fuori-di-messa a fuoco e la sfera di oggetti nell'immagine vengono estratti in base al metodo di rilevamento di Canny edge; Infine, il diametro di ciascun oggetto sfera può essere calcolato utilizzando Hough trasformazione18. Di conseguenza, media e deviazione standard dei diametri degli oggetti sfera in ogni immagine può essere stimati.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Teh, S. Y., Lin, R., Hung, L. H., Lee, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Droplet+microfluidics.">Droplet microfluidics.</a> Lab on a chip. 8, 198-220 (2008).</li><li>Xiao, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+multifunctional+NaYF4:Er3+,Yb3+/PEGDA+hybrid+microspheres:+NIR-light-activated+photopolymerization+and+drug+delivery.">Novel multifunctional NaYF4:Er3+,Yb3+/PEGDA hybrid microspheres: NIR-light-activated photopolymerization and drug delivery.</a> Chemical communications. 49, 1527-1529 (2013).</li><li>Pan, M., Kim, M., Blauch, L., Tang, S. K. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-functionalizable+amphiphilic+nanoparticles+for+pickering+emulsions+with+designer+fluid-fluid+interfaces.">Surface-functionalizable amphiphilic nanoparticles for pickering emulsions with designer fluid-fluid interfaces.</a> RSC Adv. 6, 39926-39932 (2016).</li><li>Zhang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+synthesis+of+rigid+nanovesicles+for+hydrophilic+reagents+delivery.">Microfluidic synthesis of rigid nanovesicles for hydrophilic reagents delivery.</a> Angewandte Chemie. 54, 3952-3956 (2015).</li><li>Shembekar, N., Chaipan, C., Utharala, R., Merten, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Droplet-based+microfluidics+in+drug+discovery,+transcriptomics+and+high-throughput+molecular+genetics.">Droplet-based microfluidics in drug discovery, transcriptomics and high-throughput molecular genetics.</a> Lab on a chip. 16, 1314-1331 (2016).</li><li>Soh, G. Y., Yeoh, G. H., Timchenko, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Numerical+investigation+on+the+velocity+fields+during+droplet+formation+in+a+microfluidic+T-junction.">Numerical investigation on the velocity fields during droplet formation in a microfluidic T-junction.</a> Chemical Engineering Science. 139, 99-108 (2016).</li><li>Chiarello, E., Derzsi, L., Pierno, M., Mistura, G., Piccin, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+Oil+Droplets+in+a+Non-Newtonian+Liquid+Using+a+Microfluidic+T-Junction.">Generation of Oil Droplets in a Non-Newtonian Liquid Using a Microfluidic T-Junction.</a> Micromachines. 6, 1825-1835 (2015).</li><li>Moyle, T. M., Walker, L. M., Anna, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+thread+formation+during+tipstreaming+through+an+active+feedback+control+loop.">Controlling thread formation during tipstreaming through an active feedback control loop.</a> Lab on a chip. 13, 4534-4541 (2013).</li><li>Moon, B. U., Abbasi, N., Jones, S. G., Hwang, D. K., Tsai, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Water-in-Water+Droplets+by+Passive+Microfluidic+Flow+Focusing.">Water-in-Water Droplets by Passive Microfluidic Flow Focusing.</a> Analytical chemistry. 88, 3982-3989 (2016).</li><li>Zhu, P., Tang, X., Wang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Droplet+generation+in+co-flow+microfluidic+channels+with+vibration.">Droplet generation in co-flow microfluidic channels with vibration.</a> Microfluidics and Nanofluidics. , 20 (2016).</li><li>Kim, S. H., Kim, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+formation+of+double-emulsion+drops+in+sudden+expansion+channels.">Controlled formation of double-emulsion drops in sudden expansion channels.</a> Journal of colloid and interface science. 415, 26-31 (2014).</li><li>Jeong, W. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+generation+of+submicron+emulsion+droplets+via+highly+stable+tip-streaming+mode+in+microfluidic+devices.">Controlled generation of submicron emulsion droplets via highly stable tip-streaming mode in microfluidic devices.</a> Lab on a chip. 12, 1446-1453 (2012).</li><li>Peng, L., Yang, M., Guo, S. S., Liu, W., Zhao, X. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+interfacial+tension+on+droplet+formation+in+flow-focusing+microfluidic+device.">The effect of interfacial tension on droplet formation in flow-focusing microfluidic device.</a> Biomedical microdevices. 13, 559-564 (2011).</li><li>Nunes, J. K., Tsai, S. S., Wan, J., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dripping+and+jetting+in+microfluidic+multiphase+flows+applied+to+particle+and+fiber+synthesis.">Dripping and jetting in microfluidic multiphase flows applied to particle and fiber synthesis.</a> J Phys D Appl Phys. , 46 (2013).</li><li>Anna, S. L., Mayer, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microscale+tipstreaming+in+a+microfluidic+flow+focusing+device.">Microscale tipstreaming in a microfluidic flow focusing device.</a> Physics of Fluids. 18, 121512 (2006).</li><li>Liu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+synthesis+of+QD-encoded+PEGDA+microspheres+for+suspension+assay.">Microfluidic synthesis of QD-encoded PEGDA microspheres for suspension assay.</a> J. Mater. Chem. B. 4, 482-488 (2016).</li><li>Richardson, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bayesian-based+iterative+method+of+image+restoration.">Bayesian-based iterative method of image restoration.</a> Journal of the Optical Society of America. 62, 55-59 (1972).</li><li>Mukhopadhyay, P., Chaudhuri, B. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+survey+of+Hough+Transform.">A survey of Hough Transform.</a> Pattern Recognition. 48, 993-1010 (2015).</li><li>Ward, T., Faivre, M., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drop+production+and+tip-streaming+phenomenon+in+a+microfluidic+flow-focusing+device+via+an+interfacial+chemical+reaction.">Drop production and tip-streaming phenomenon in a microfluidic flow-focusing device via an interfacial chemical reaction.</a> Langmuir: the ACS journal of surfaces and colloids. 26, 9233-9239 (2010).</li><li>Anna, S. L., Bontoux, N., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+of+dispersions+using+"flow+focusing"+in+microchannels.">Formation of dispersions using "flow focusing" in microchannels.</a> Applied Physics Letters. 82, 364 (2003).</li><li>Kim, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+production+of+emulsion+drops+using+an+electric+field+in+a+flow-focusing+microfluidic+device.">Controlled production of emulsion drops using an electric field in a flow-focusing microfluidic device.</a> Applied Physics Letters. 91, 133106 (2007).</li><li>Dangla, R., Gallaire, F., Baroud, C. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microchannel+deformations+due+to+solvent-induced+PDMS+swelling.">Microchannel deformations due to solvent-induced PDMS swelling.</a> Lab on a chip. 10, 2972-2978 (2010).</li><li>Chiu, Y. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Universally+applicable+three-dimensional+hydrodynamic+microfluidic+flow+focusing.">Universally applicable three-dimensional hydrodynamic microfluidic flow focusing.</a> Lab on a chip. 13, 1803-1809 (2013).</li><li>Oh, K. W., Lee, K., Ahn, B., Furlani, E. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+pressure-driven+microfluidic+networks+using+electric+circuit+analogy.">Design of pressure-driven microfluidic networks using electric circuit analogy.</a> Lab on a chip. 12, 515-545 (2012).</li></ol>

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

La generazione di goccioline in modalità flusso-messa a fuoco utilizzando il dispositivo microfluidico semi-3D e 2D in precedenza è stata sviluppata in una varietà di rapporti8,9,15,19,20, 21. In questi sistemi, il liquido acquoso che potrebbe non essere solidificato è stato scelto come fase dispersa, come acqua deionizz...

Sistemi microfluidici basati su goccia hanno la capacità di produrre altamente monodispersi goccioline da nanometri a micrometro diametro gamma1 e tenere il grande potenziale in high throughput drug discovery2, sintesi di biomolecole3 ,4e la diagnostica test5. Dovuto i vantaggi unici di goccioline più piccole, come la maggiore area superficiale a rapporto volume e le applicazioni su larga scala con il consumo di pochi microlitri di campione, la tecnologia ha attirato l'interesse di vasta in una vasta gamma di campi. L'emulsificazione dei due liquidi immiscibili è uno dei più tipici metodi per generare delle gocce. Nei rapporti precedenti nel campo, i ricercatori hanno sviluppato una varietà di differenti gocciolina formazione geometrie, tra cui incrocio a t, flusso di messa a fuoco e co-che scorre geometrie. Nella geometria incrocio a t, la fase dispersa è espresso attraverso un canale perpendicolare nel canale principale, in cui la fase continua scorre6,7. Nella tipica bidimensionale (2D) flusso di messa a fuoco8,9 geometria, il flusso di fase dispersa è Tosato da laterale; e per il co-fluente geometria10,11, d'altra parte, un capillare introducendo il flusso di fase dispersa è posto co-assiale all'interno di un capillare più grande per la geometria co-fluente, affinché il flusso di fase dispersa è Tosato da tutte le direzioni.
La dimensione delle gocce è controllata regolando il rapporto della velocità di flusso e la dimensione del canale, e la dimensione minima prodotta da co-che scorre o incrocio a t è limitata a decine di micrometri. Per flusso di messa a fuoco sistema per la formazione di gocce, tre modalità di scioglimento delle gocce formano regolando il rapporto di pressione di due fasi e la concentrazione di tensioattivo, tra cui il gocciolamento regime, il regime di trivellazione a getto e punta-streaming15. Modalità di flusso punta è anche chiamato thread formazione e l'aspetto di un sottile filo disegno fuori dalla punta del cono fase dispersa sarà osservato. Precedenti studi hanno dimostrato le goccioline a meno di pochi micrometri possono essere generati anche se punta-streaming processo in 2D o semi-3D dispositivo di messa a fuoco di flusso8,12. Tuttavia, come una soluzione acquosa contenente una concentrazione molto bassa di PEGDA è stata usata come fase dispersa, il rapporto di restringimento di particelle PEGDA era circa il 60% delle goccioline di diametro originale dopo foto-polimerizzazione, mentre PEGDA senza diluizione come il fase dispersa ha condotto a instabile punta-streaming modalità12. Tensione interfacciale è un parametro importante del processo di emulsione e si riduce a causa dell'aggiunta del tensioattivo nel liquido fase continua, che porta alla diminuzione della dimensione delle gocce, per la frequenza di generazione superiore13, punta molto curva, e prevenire l'instabilità14. Inoltre, quando la concentrazione di tensioattivo di massa è molto superiore la concentrazione micellare critica, la tensione interfacciale è circa invariabile nel saturo stato13 e la modalità di flusso punta può verificarsi15.
Basato su osservazioni di cui sopra, in questa carta, abbiamo sviluppato un approccio facile per la generazione di goccioline PEGDA utilizzando un dispositivo di microfluidica di flusso-messa a fuoco semi-3D, fabbricato dal metodo litografia soft multi-strato. Diverso dal dispositivo di messa a fuoco flusso 2D tipico, il dispositivo di flusso-messa a fuoco semi-3D ha un canale superficiale fase dispersa e una fase di profonda continua, affinché la fase dispersa può essere tosata da su e giù al lato laterale. Questo fornisce più grande gamma di regolazione per la modalità di messa a fuoco flusso riducendo l'energia e la pressione necessaria per rottura della gocciolina. Diversa dalla precedente relazione12, la fase dispersa è puro PEGDAcontaining foto-iniziatore, assicurandosi che il rapporto di restringimento delle particelle PEGDA è inferiore al 10%16; e la fase continua è la miscela di esadecano dissoluzione con una concentrazione di alta massa del tensioattivo non ionico a base di silicone. Goccioline di dimensione-controllabile ed uniforme sono state prodotte modificando il rapporto di pressione di due fasi. Il diametro delle gocce cambia da 80 µm a 1 µm come il disfacimento della gocciolina elabora le modifiche dalla modalità di trivellazione a getto alla modalità di suggerimento-streaming. Inoltre, la particella PEGDA è stata sintetizzata attraverso il processo di foto-polimerizzazione sotto esposizione ai raggi UV. Il sistema di microfluidica di generazione gocciolina con facilità di fabbricazione fornirà più possibilità per applicazioni biologiche.

<table><tbody><tr><td>Silicon wafer</td><td>Huashi Co., Ltd</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SU-8 2025, 2100</td><td>Microchem Co.</td><td>Y111069</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 developer</td><td>Microchem Co.</td><td>Y020100</td><td></td></tr><tr><td>Chromium mask</td><td>Qingyi Precision Mask Making Co., Ltd</td><td></td><td></td></tr><tr><td>polydimethylsiloxane(PDMS)</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard 184</td><td></td></tr><tr><td>poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA)</td><td>Sigma</td><td>26570-48-9</td><td></td></tr><tr><td>2-hydroxy-40-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone</td><td>TCI</td><td>H1361-5G</td><td>photoinitiator</td></tr><tr><td>Hexadecane</td><td>Sigma</td><td>544-76- 3</td><td></td></tr><tr><td>ABIL EM 90</td><td>CHT</td><td>144243-53-8</td><td>surfactants</td></tr><tr><td>Rhodamine B</td><td>Aladdin</td><td>81-88-9</td><td>fluorescent dye</td></tr><tr><td>Spin Coater</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lithography machine</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Automatic ointment agitator</td><td>Thinky</td><td>ARV-310</td><td></td></tr><tr><td>Oven</td><td>BluePard</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Optical microscope</td><td>OLYMPUS</td><td>IX71</td><td></td></tr><tr><td>High-speed camera</td><td>Hamamatsu, Japan</td><td>ORCA-flash</td><td></td></tr><tr><td>MAESFLO Microfluidic Fluid Control System</td><td>FLUIGENT</td><td>MFCS-EZ</td><td></td></tr><tr><td>UV lamp</td><td>FUTANSI</td><td></td><td>365 nm UV light, 8000 MW/CM&lt;sup&gt;2&lt;/sup&gt;</td></tr></tbody></table>

generation of size-controlled poly (ethylene glycol) diacrylate droplets via semi-3-dimensional flow focusing microfluidic devices

Goccioline di uniforme e controllabile dalla dimensione poli (glicol etilenico) diacrilato (PEGDA) potrebbero essere prodotta tramite il flusso di processo in un dispositivo microfluidico di messa a fuoco. Questo libro propone un chip microfluidico di flusso-messa a fuoco (semi-3D) semi-three-dimensional per la formazione di goccioline. Il chip di polidimetilsilossano (PDMS) è stato fabbricato utilizzando il metodo di litografia soft multi-strato. Esadecano contenente surfattante è stato usato come la fase continua, e PEGDA con l'ultravioletto (UV) foto-iniziatore era la fase dispersa. Tensioattivi ha permesso la tensione superficiale locale a goccia e formano una punta più a cuspide che promosso a rompersi in piccoli micro-gocce. Come la pressione della fase dispersa era costante, la dimensione delle goccioline è diventato più piccola con l'aumento della pressione di fase continua prima fase dispersa flusso è stato interrotto. Di conseguenza, le goccioline con variazione della dimensione da 1 µm a 80 µm di diametro potrebbero essere realizzate in modo selettivo modificando il rapporto di pressione a due canali di ingresso, e il coefficiente medio di variazione è stato stimato per essere inferiore al 7%. Inoltre, le goccioline potrebbero trasformarsi in microsfere di esposizione ai raggi UV per foto-polimerizzazione. Coniugazione biomolecole su tale superficie di microsfere hanno molte potenziali applicazioni nei campi della biologia e della chimica.

Il chip microfluidici flusso-messa a fuoco semi-3D è stato fabbricato utilizzando tecniche di litografia soft multistrato come descritto sopra. Il processo di fabbricazione e risultati per stampo master in protocolare illustrato nella Figura 2. Il primo strato, che fornisce un canale largo 65 µm per introdurre la fase dispersa e un 50 µm ampio orifizio (Figura 2a), è di 20 µm di spessore. Uno strato di spess...

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Generation of Size-controlled Poly ethylene Glycol Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Qui, presentiamo un protocollo per illustrare i processi di fabbricazione e gli esperimenti di verifica di un semi-three-dimensional (semi-3D) flusso di messa a fuoco chip microfluidico per formazione di goccioline.

Generazione di dimensione controllata poli (glicol etilenico) diacrilato goccioline tramite dispositivi microfluidici concentrandosi flusso Semi-3-dimensionale

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. ...

generation-size-controlled-poly-ethylene-glycol-diacrylate-droplets

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Engineering

Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

7.7K Views.  Tsinghua University. Qui, presentiamo un protocollo per illustrare i processi di fabbricazione e gli esperimenti di verifica di un semi-three-dimensional (semi-3D) flusso di messa a fuoco chip microfluidico per formazione di goccioline.

Video: Generation of Size-controlled Poly ethylene Glycol Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Fluorescence detection methods for microfluidic droplet platforms

The development of microfluidic platforms for performing chemistry and biology has in large part been driven by a range of potential benefits that accompany system miniaturisation. Advantages include the ability to efficiently process nano- to femoto- liter volumes of sample, facile integration of functional components, an intrinsic predisposition towards large-scale multiplexing, enhanced analytical throughput, improved control and reduced instrumental footprints.1
In recent years much interest has focussed on the development of droplet-based (or segmented flow) microfluidic systems and their potential as platforms in high-throughput experimentation.2-4 Here water-in-oil emulsions are made to spontaneously form in microfluidic channels as a result of capillary instabilities between the two immiscible phases. Importantly, microdroplets of precisely defined volumes and compositions can be generated at frequencies of several kHz. Furthermore, by encapsulating reagents of interest within isolated compartments separated by a continuous immiscible phase, both sample cross-talk and dispersion (diffusion- and Taylor-based) can be eliminated, which leads to minimal cross-contamination and the ability to time analytical processes with great accuracy. Additionally, since there is no contact between the contents of the droplets and the channel walls (which are wetted by the continuous phase) absorption and loss of reagents on the channel walls is prevented.
Once droplets of this kind have been generated and processed, it is necessary to extract the required analytical information. In this respect the detection method of choice should be rapid, provide high-sensitivity and low limits of detection, be applicable to a range of molecular species, be non-destructive and be able to be integrated with microfluidic devices in a facile manner. To address this need we have developed a suite of experimental tools and protocols that enable the extraction of large amounts of photophysical information from small-volume environments, and are applicable to the analysis of a wide range of physical, chemical and biological parameters. Herein two examples of these methods are presented and applied to the detection of single cells and the mapping of mixing processes inside picoliter-volume droplets. We report the entire experimental process including microfluidic chip fabrication, the optical setup and the process of droplet generation and detection.

Droplet-based microfluidic platforms are promising candidates for high throughput experimentation since they are able to generate picoliter, self-compartmentalized vessels inexpensively at kHz rates. Through integration with fast, sensitive and high resolution fluorescence spectroscopic methods, the large amounts of information generated within these systems can be efficiently extracted, harnessed and utilized.

Metodi di rilevamento a fluorescenza per piattaforme goccia microfluidica

The development of microfluidic platforms for performing chemistry and biology has in large part been driven by a range of potential benefits that ...

Ricerca

Bioingegneria

Capillary-based Centrifugal Microfluidic Device for Size-controllable Formation of Monodisperse Microdroplets

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal microfluidic device. W/O microdroplets have recently been used in powerful methods that enable miniaturized chemical experiments. Therefore, developing a versatile method to yield monodisperse W/O microdroplets is needed. We have developed a method for generating monodisperse W/O microdroplets based on a capillary-based centrifugal axisymmetric co-flowing microfluidic device. We succeeded in controlling the size of microdroplets by adjusting the capillary orifice. Our method requires equipment that is easier-to-use than with other microfluidic techniques, requires only a small volume (0.1-1 &#181;l) of sample solution for encapsulation, and enables the production of hundreds of thousands number of W/O microdroplets per second. We expect this method will assist biological studies that require precious biological samples by conserving the volume of the samples for rapid quantitative analysis biochemical and biological studies.

Here, we demonstrate a simple production method for size-controllable, monodisperse, water-in-oil (W/O) microdroplets using a capillary-based centrifugal microfluidic device. This method requires only a small sample volume and enables high-yield production. We expect this method will be useful for rapid biochemical and cellular analyses.

Centrifuga dispositivo a microfluidi capillare a base per la Formazione Size-controllabile di Monodisperse microgocce

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal ...

Ingegneria

Double Emulsion Generation Using a Polydimethylsiloxane (PDMS) Co-axial Flow Focus Device

Double emulsions are useful in a number of biological and industrial applications in which it is important to have an aqueous carrier fluid. This paper presents a polydimethylsiloxane (PDMS) microfluidic device capable of generating water/oil/water double emulsions using a coaxial flow focusing geometry that can be fabricated entirely using soft lithography. Similar to emulsion devices using glass capillaries, double emulsions can be formed in channels with uniform wettability and with dimensions much smaller than the channel sizes. Three dimensional flow focusing geometry is achieved by casting a pair of PDMS slabs using two layer soft lithography, then mating the slabs together in a clamshell configuration. Complementary locking features molded into the PDMS slabs enable the accurate registration of features on each of the slab surfaces. Device testing demonstrates formation of double emulsions from 14 &#181;m to 50 &#181;m in diameter while using large channels that are robust against fouling and clogging.

Double Emulsion Generation Using a Polydimethylsiloxane PDMS Co-axial Flow Focus Device

Microfluidic double emulsions generation typically involves devices with patterned wettability or custom-fabricated glass components. Here we describe the fabrication and testing of an all polydimethylsiloxane (PDMS) double emulsion generator that does not require surface treatment or complicated fabrication processes, and is capable of producing double emulsions down to 14 &#181;m.

Doppia Emulsione Generazione Utilizzando un Polidimetilsilossano (PDMS) coassiale flusso fuoco Dispositivo

Double emulsions are useful in a number of biological and industrial applications in which it is important to have an aqueous carrier fluid. This paper ...

A Femtoliter Droplet Array for Massively Parallel Protein Synthesis from Single DNA Molecules

Advances in spatial resolution and detection sensitivity of scientific instrumentation make it possible to apply small reactors for biological and chemical research. To meet the demand for high-performance microreactors, we developed a femtoliter droplet array (FemDA) device and exemplified its application in massively parallel cell-free protein synthesis (CFPS) reactions. Over one million uniform droplets were readily generated within a finger-sized area using a two-step oil-sealing protocol. Every droplet was anchored in a femtoliter microchamber composed of a hydrophilic bottom and a hydrophobic sidewall. The hybrid hydrophilic-in-hydrophobic structure and the dedicated sealing oils and surfactants are crucial for stably retaining the femtoliter aqueous solution in the femtoliter space without evaporation loss. The femtoliter configuration and the simple structure of the FemDA device allowed minimal reagent consumption. The uniform dimension of the droplet reactors made large-scale quantitative and time-course measurements convincing and reliable. The FemDA technology correlated the protein yield of the CFPS reaction with the number of DNA molecules in each droplet. We streamlined the procedures about the microfabrication of the device, the formation of the femtoliter droplets, and the acquisition and analysis of the microscopic image data. The detailed protocol with the optimized low running cost makes the FemDA technology accessible to everyone who has standard cleanroom facilities and a conventional fluorescence microscope in their own place.

The overall goal of the protocol is to prepare over one million ordered, uniform, stable, and biocompatible femtoliter droplets on a 1 cm2 planar substrate that can be used for cell-free protein synthesis.

Un array di gocciole del femtolitro per sintesi proteica massicciamente parallela da molecole di DNA singolo

Advances in spatial resolution and detection sensitivity of scientific instrumentation make it possible to apply small reactors for biological and ...

Chimica

Fabricating Degradable Thermoresponsive Hydrogels on Multiple Length Scales via Reactive Extrusion, Microfluidics, Self-assembly, and Electrospinning

While various smart materials have been explored for a variety of biomedical applications (e.g., drug delivery, tissue engineering, bioimaging, etc.), their ultimate clinical use has been hampered by the lack of biologically-relevant degradation observed for most smart materials. This is particularly true for temperature-responsive hydrogels, which are almost uniformly based on polymers that are functionally non-degradable (e.g., poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) or poly(oligoethylene glycol methacrylate) (POEGMA)). As such, to effectively translate the potential of thermoresponsive hydrogels to the challenges of remote-controlled or metabolism-regulated drug delivery, cell scaffolds with tunable cell-material interactions, theranostic materials with the potential for both imaging and drug delivery, and other such applications, a method is required to render the hydrogels (if not fully degradable) at least capable of renal clearance following the required lifetime of the material. To that end, this protocol describes the preparation of hydrolytically-degradable hydrazone-crosslinked hydrogels on multiple length scales based on the reaction between hydrazide and aldehyde-functionalized PNIPAM or POEGMA oligomers with molecular weights below the renal filtration limit. Specifically, methods to fabricate degradable thermoresponsive bulk hydrogels (using a double barrel syringe technique), hydrogel particles (on both the microscale through the use of a microfluidics platform facilitating simultaneous mixing and emulsification of the precursor polymers and the nanoscale through the use of a thermally-driven self-assembly and cross-linking method), and hydrogel nanofibers (using a reactive electrospinning strategy) are described. In each case, hydrogels with temperature-responsive properties similar to those achieved via conventional free radical cross-linking processes can be achieved, but the hydrazone cross-linked network can be degraded over time to re-form the oligomeric precursor polymers and enable clearance. As such, we anticipate these methods (which may be generically applied to any synthetic water-soluble polymer, not just smart materials) will enable easier translation of synthetic smart materials to clinical applications.

Protocols are described for the fabrication of degradable thermoresponsive hydrogels based on hydrazone cross-linking of polymeric oligomers on the bulk scale, microscale, and nanoscale, the latter for preparation of both gel nanoparticles and nanofibers.

Fabbricando degradabile Hydrogel idrogeli su scale di lunghezza Multiple tramite estrusione reattiva, microfluidica, auto-assemblaggio ed elettrofilatura

While various smart materials have been explored for a variety of biomedical applications (e.g., drug delivery, tissue engineering, bioimaging, etc.), ...

Image-guided, Laser-based Fabrication of Vascular-derived Microfluidic Networks

This detailed protocol outlines the implementation of image-guided, laser-based hydrogel degradation for the fabrication of vascular-derived microfluidic networks embedded in PEGDA hydrogels. Here, we describe the creation of virtual masks that allow for image-guided laser control; the photopolymerization of a micromolded PEGDA hydrogel, suitable for microfluidic network fabrication and pressure head-driven flow; the setup and use of a commercially available laser scanning confocal microscope paired with a femtosecond pulsed Ti:S laser to induce hydrogel degradation; and the imaging of fabricated microfluidic networks using fluorescent species and confocal microscopy. Much of the protocol is focused on the proper setup and implementation of the microscope software and microscope macro, as these are crucial steps in using a commercial microscope for microfluidic fabrication purposes that contain a number of intricacies. The image-guided component of this technique allows for the implementation of 3D image stacks or user-generated 3D models, thereby allowing for creative microfluidic design and for the fabrication of complex microfluidic systems of virtually any configuration. With an expected impact in tissue engineering, the methods outlined in this protocol could aid in the fabrication of advanced biomimetic microtissue constructs for organ- and human-on-a-chip devices. By mimicking the complex architecture, tortuosity, size, and density of in vivo vasculature, essential biological transport processes can be replicated in these constructs, leading to more accurate in vitro modeling of drug pharmacokinetics and disease.

This protocol outlines the implementation of image-guided, laser-based hydrogel degradation to fabricate vascular-derived, biomimetic microfluidic networks embedded in poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) hydrogels. These biomimetic microfluidic systems may be useful for tissue engineering applications, generation of in vitro disease models, and fabrication of advanced "on-a-chip" devices.

Immagine-guidate, Fabrication laser a base di reti microfluidici vascolare-derivati

This detailed protocol outlines the implementation of image-guided, laser-based hydrogel degradation for the fabrication of vascular-derived microfluidic ...

Glass-Based Devices to Generate Drops and Emulsions

In this manuscript, three different step-by-step protocols to generate highly monodisperse emulsion drops using glass-based microfluidics are described. The first device is built for the generation of simple drops driven by gravity. The second device is designed to generate emulsion drops in a coflowing scheme. The third device is an extension of the coflowing device with the addition of a third liquid that acts as an electric ground, allowing the formation of electrified drops that subsequently discharge. In this setup, two of the three liquids have an appreciable electrical conductivity. The third liquid mediates between these two and is a dielectric. A&#160;voltage difference applied between the two conducting liquids creates an electric field that couples with hydrodynamic stresses of the coflowing liquids, affecting the jet and drop formation process. The addition of the electric field provides a path to generate smaller drops than in simple coflow devices and for generating particles and fibers with a wide range of sizes.

Here, a protocol to manufacture glass-based microfluidic devices used for generating highly monodisperse emulsions with controlled drop size is presented.

Dispositivi a base di vetro per generare gocce ed emulsioni

In this manuscript, three different step-by-step protocols to generate highly monodisperse emulsion drops using glass-based microfluidics are described. ...

Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to entry for non-specialists who would benefit greatly from the ability to develop their own microfluidic devices to address research questions. Particularly lacking has been the open dissemination of protocols related to photolithography, a key step in the development of a replica mold for the manufacture of polydimethylsiloxane (PDMS) devices. While the fabrication of single height silicon masters has been explored extensively in literature, fabrication steps for more complicated photolithography features necessary for many interesting device functionalities (such as feature rounding to make valve structures, multi-height single-mold patterning, or high aspect ratio definition) are often not explicitly outlined. 
Here, we provide a complete protocol for making multilayer microfluidic devices with valves and complex multi-height geometries, tunable for any application. These fabrication procedures are presented in the context of a microfluidic hydrogel bead synthesizer and demonstrate the production of droplets containing polyethylene glycol (PEG diacrylate) and a photoinitiator that can be polymerized into solid beads. This protocol and accompanying discussion provide a foundation of design principles and fabrication methods that enables development of a wide variety of microfluidic devices. The details included here should allow non-specialists to design and fabricate novel devices, thereby bringing a host of recently developed technologies to their most exciting applications in biological laboratories.

Multilayer microfluidic devices often involve the fabrication of master molds with complex geometries for functionality. This article presents a complete protocol for multi-step photolithography with valves and variable height features tunable to any application. As a demonstration, we fabricate a microfluidic droplet generator capable of producing hydrogel beads.

Multi-step altezza variabile fotolitografia per Valvolati multistrato microfluidici Devices

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to ...

Generation of Dynamical Environmental Conditions using a High-Throughput Microfluidic Device

Mimicking in vivo environmental conditions is crucial for in vitro studies on complex life machinery. However, current techniques targeting live cells and organs are either highly expensive, like robotics, or lack nanoliter volume and millisecond time accuracy in liquid manipulation. We herein present the design and fabrication of a microfluidic system, which consists of 1,500 culture units, an array of enhanced peristaltic pumps and an on-site mixing modulus. To demonstrate the capacities of the microfluidic device, neural stem cell (NSC) spheres are maintained in the proposed system. We observed that when the NSC sphere is exposed to CXCL in day 1 and EGF in day 2, the round-shaped conformation is well maintained. Variation in the input order of 6 drugs causes morphological changes to the NSC sphere and the expression level representative marker for NSC stemness (i.e., Hes5 and Dcx). These results indicate that dynamic and complex environmental conditions have great effects on NSC differentiation and self-renewal, and the proposed microfluidic device is a suitable platform for high throughput studies on the complex life machinery.

We present a microfluidic system for high throughput studies on complex life machinery, which consists of 1500 culture units, an array of enhanced peristaltic pumps and an on-site mixing modulus. The microfluidic chip allows for the analysis of the highly complex and dynamic micro-environmental conditions in vivo.

Generazione di condizioni ambientali dinamiche utilizzando un dispositivo microfluidico ad alta produttività

Mimicking in vivo environmental conditions is crucial for in vitro studies on complex life machinery. However, current techniques targeting live cells and ...

Configurazione di un dispositivo microfluidico per la produzione di tappi combinatoriali

Bilayer Microfluidic Device for Combinatorial Plug Production

Droplet microfluidics is a versatile tool that allows the execution of a large number of reactions in chemically distinct nanoliter compartments. Such systems have been used to encapsulate a variety of biochemical reactions - from incubation of single cells to implementation of PCR reactions, from genomics to chemical synthesis. Coupling the microfluidic channels with regulatory valves allows control over their opening and closing, thereby enabling the rapid production of large-scale combinatorial libraries consisting of a population of droplets with unique compositions. In this paper, protocols for the fabrication and operation of a pressure-driven, PDMS-based bilayer microfluidic device that can be utilized to generate combinatorial libraries of water-in-oil emulsions called plugs are presented. By incorporating software programs and microfluidic hardware, the flow of desired fluids in the device can be controlled and manipulated to generate combinatorial plug libraries and to control the composition and quantity of constituent plug populations. These protocols will expedite the process of generating combinatorial screens, particularly to study drug response in cells from cancer patient biopsies.

Autore in primo piano: Integrazione di approcci computazionali e sperimentali nell'oncologia di precisione

The fabrication of a polydimethylsiloxane (PDMS)-based bilayer device for the production of combinatorial libraries in water-in-oil emulsions (plugs) is presented here. The necessary hardware and software required to automate plug production are detailed in the protocol, and the production of a quantitative library of fluorescent plugs is also demonstrated.

Dispositivo microfluidico a doppio strato per la produzione di tappi combinatori

Droplet microfluidics is a versatile tool that allows the execution of a large number of reactions in chemically distinct nanoliter compartments. Such ...